JP2002344818A - 固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光期間が長い場合でも電子シャッタ機能の
完全を図り、不要電荷を原因とする画面不良を防止する
ことができる固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置を提
供すること。 【解決手段】 露光期間Ｄが所定以上に長い場合に、シ
ャッタトリガＴＲＧが入力されてから所定期間ＰＴ１、
電子シャッタを作動させる。これにより、露光期間Ｄが
開始されるまでの間に、電子シャッタの作動回数を増加
させることができるので、フォトセンサ内の不要電荷を
完全に掃き捨てることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子シャッタによ
って露光期間の制御を行う固体撮像素子の駆動方法及
び、電子シャッタ機能を有する固体撮像素子で撮像する
撮像手段を備えた撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ（電荷結合素子）を用いたエリア
型の固体撮像素子は、家庭用ビデオカメラ、デジタルス
チルカメラなどの分野に広く使用されているが、現在、
電気的に露光期間を調整する電子シャッタ機能を有する
ＣＣＤ固体撮像素子が広く採用されている。

【０００３】この種のＣＣＤ固体撮像素子は、例えば、
Ｎ型シリコン基板上にＰ型ウェル領域を形成すると共
に、このＰ型ウェル内にフォトセンサ、垂直転送レジス
タ、水平転送レジスタ及び出力部が設けられており、水
平ブランキング期間（水平転送レジスタにおける電荷転
送を停止し、垂直転送レジスタにて電荷転送を行う期
間）に、Ｎ型シリコン基板に高電圧を印加してフォトセ
ンサに蓄積された信号電荷を基板側へ掃き捨て、信号電
荷の蓄積期間すなわち露光期間を制御するようにしてい
る。

【０００４】電子シャッタ機能における信号電荷の掃き
捨て方法としては、露光開始時までの間、垂直同期信号
と同じ周期で基板にシャッタパルスを印加して、信号電
荷の掃き捨てを繰り返し行う方法がある。図１９は、
（ａ）読出しパルスＶｔ及び（ｂ）シャッタパルスＶｓ
ｕｂのタイミングチャートの一例を示している。読出し
パルスＶｔ１により信号電荷を読み出した後の１フィー
ルド期間Ｔ１におけるシャッタ期間Ｔ２では、シャッタ
パルスＶｓｕｂがＬレベルからＨレベルに繰り返し切り
換わることによりフォトセンサ内の信号電荷が基板側へ
掃き捨てられる。シャッタ期間Ｔ２後のシャッタパルス
ＶｓｕｂがＬレベルに維持される期間Ｔ３が、フォトセ
ンサ内に信号電荷を蓄積する電荷蓄積期間、すなわち露
光期間となる。そして、露光期間Ｔ３内に蓄積された信
号電荷は、１フィールド期間終了後の読出しパルスＶｔ
２によって垂直転送レジスタに読み出される。

【０００５】このように１フィールド期間Ｔ１における
露光期間Ｔ３はシャッタ期間Ｔ２によって制御され、シ
ャッタ期間Ｔ２は電子シャッタの回数（シャッタパルス
Ｖｓｕｂの本数）によって決定される。この電子シャッ
タの回数は、被写体像の明暗によって制御される。

【０００６】さて、近年のＣＣＤ固体撮像素子は単位画
素サイズが益々小型化し、チップサイズの縮小化、多画
素化が図られている。それに伴い、画素に入射する光量
が減少するため感度が低下したり、フォトセンサ領域が
縮小するため飽和信号量が低下するなどの問題が発生す
る。入射光感度の低下抑制策の１つとしてフォトセンサ
領域にマイクロレンズを配して集光性を高める技術が公
知となっている。また、飽和信号量の低下抑制策として
は、フォトセンサ領域下のポテンシャル井戸を深くして
多くの電荷を蓄積できるようにしている。

【０００７】また、画素サイズの小型化に起因して、電
子シャッタ機能に必要なシャッタパルス電圧（以下、シ
ャッターマージンという。）が高くなる傾向にある。フ
ォトセンサ領域下のポテンシャル井戸の深長化と、電子
シャッタ時に潰すべきオーバーフローバリアの電位の上
昇が、その理由である。このため、１回の電子シャッタ
操作でフォトセンサ領域内の信号電荷を確実に掃き捨て
ることが困難になってきている。

【０００８】このような固体撮像素子を撮像部に有する
デジタルスチルカメラ等の撮像装置に関しては、被写体
像が暗い場合、被写体光束の受光量を高めるために、１
フィールド期間Ｔ１内における露光期間Ｔ３を長くする
ことになるが、相対的にシャッタ期間Ｔ２が短縮され、
電子シャッタの回数が低減されることになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】電子シャッタの回数の
低減によって問題となるのは、例えば最大露光期間ある
いは最大露光期間近くにまで露光期間Ｔ３が設定される
と、電子シャッタの回数が１回あるいはそれに近い回数
となるが、電子シャッタの作動回数が少ないと、それま
でに蓄積された不要電荷を完全に掃き捨てることが困難
となり、残った電荷が信号電荷として出力され、再生画
像に影響を与えるということである。

【００１０】特に、全画素のうち一部の画素からの出力
信号を用いて画面を構築する高速ドラフトモードと、撮
影時にのみ全画素からの出力信号を用いて撮像画面を構
築するフレーム読出しモードの２つのモードを備えたデ
ジタルスチルカメラにあっては、高速ドラフトモードか
らフレーム読出しモードへの移行時に、高速ドラフトモ
ード時に出力されない画素に蓄積された電荷が電子シャ
ッタ操作で完全に掃き捨てられずにフレーム読出しモー
ド時に信号電荷と共に出力されることによって、図２０
に示したように撮像画面１０上に信号量の相違による周
期的な明暗の横筋が発生し、画面不良となる問題があ
る。

【００１１】これまで、シャッターマージンを低減させ
るための様々な施策が試みられ、効果のある方法も見つ
かってはいるが、工程数増加による製造コスト上昇の問
題や、今後更に単位画素サイズを縮小した場合にそれだ
けでは不十分になるという問題を有している。したがっ
て製造コストを増加させることなく、今後更に単位画素
サイズを縮小した場合でも効果が得られるような技術が
現在、強く望まれている。

【００１２】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、露光
期間が長い場合でも電子シャッタ機能の完全を図り、不
要電荷を原因とする画面不良を防止することができる固
体撮像素子の駆動方法及び撮像装置を提供することを課
題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するに
当たり、本発明の固体撮像素子の駆動方法は、露光期間
が所定以上の時、シャッタパルスの印加回数を増加させ
ることによって、電子シャッタ機能の完全を図るように
している。なお、増加させるシャッタパルスの印加回数
としては、シャッターマージンの大きさに応じて適宜設
定されるが、少なくとも、フォトセンサ内の飽和した蓄
積電荷を完全に掃き捨てることができる回数であればよ
い。

【００１４】また、本発明の撮像装置は、露光期間が所
定以上の時、電子シャッタの回数を増設する電子シャッ
タ制御手段を有することを特徴とする。これにより、露
光期間が長い場合でも電子シャッタ機能の完全を図るこ
とができ、不要電荷を原因とする画面不良を防止するこ
とが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。本実施の形態では、撮像装
置としてＣＣＤ固体撮像素子を用いたデジタルスチルカ
メラに本発明を適用した例について説明する。

【００１６】図１は、本発明の実施の形態による撮像装
置の構成を示すブロック図である。撮像装置１は、撮影
光学系２と、撮影光学系２を通過した被写体光束による
被写体像を固体撮像素子３で撮像する撮像手段としての
撮像部４と、固体撮像素子３の電子シャッタ機能を制御
する電子シャッタ制御部５とを備えている。

【００１７】電子シャッタ制御部５は本発明に係る電子
シャッタ制御手段として構成され、垂直同期信号ＶＤ及
び水平同期信号ＨＤ等の同期信号を発生する同期信号発
生器６と、同期信号発生器６から出力される垂直同期信
号ＶＤ及び水平同期信号ＨＤ等が入力され、固体撮像素
子３の駆動用の各種のタイミング信号を発生するタイミ
ング発生器７と、タイミング発生器７から出力されるタ
イミング信号が入力され、垂直転送パルス、水平転送パ
ルス及び露光期間制御用のシャッタパルス等を与えて固
体撮像素子３を駆動するドライバ８とから構成されてい
る。

【００１８】固体撮像素子３は、図２に模式的に示すよ
うに、二次元的に配列されたフォトセンサからなる受光
部１１と、それぞれ一列分の受光部１１に対し読出しゲ
ート１２を介して接続される垂直転送レジスタ１３と、
垂直転送レジスタ１３の下端に共通に接続される水平転
送レジスタ１４と、水平転送レジスタ１４の一端に接続
される出力部１５とを備えた、いわゆるインターライン
転送方式のＣＣＤ固体撮像素子として構成される。

【００１９】固体撮像素子３の画素周辺の断面構造を図
３に示す。第１導電型の半導体基板であるＮ型シリコン
基板２１には、オーバーフロー層となる第２導電型の領
域としてのＰ型ウェル領域２２が形成されている。この
Ｐ型ウェル領域２２の表面には、受光部１１を形成する
ためのＮ型の不純物拡散領域からなる電荷蓄積部２４
と、垂直転送レジスタ１３を構成するＮ型の転送領域３
１と、Ｐ⁺ 型のチャネルストッパ領域３４とが形成され
ている。更に、上記Ｎ型の電荷蓄積領域２４の表面には
Ｐ⁺⁺型の正電荷蓄積領域２５が形成され、Ｎ型の転送領
域３１の直下にスミアの低減を目的としたＰ⁺ 型ウェル
領域３０が形成されている。Ｎ型の電荷蓄積領域２４と
転送領域３１との間のＰ型領域は、読出しゲート部３５
を構成している。

【００２０】また、転送領域３１、チャネルストッパ領
域３４及び読出しゲート部３５上に、例えばＳｉＯ₂ か
らなるゲート絶縁膜２３を介して多結晶シリコン層から
なる転送電極３２が形成され、これら転送領域３１、ゲ
ート絶縁膜２３及び転送電極３２によって、垂直転送レ
ジスタ１３が構成される。なお、転送電極３２は１層目
の多結晶シリコン層及び２層目の多結晶シリコン層から
構成されるが、図では１層目の多結晶シリコン層のみを
示している。

【００２１】転送電極３２の表面には熱酸化によるシリ
コン酸化膜２６が形成され、その上に金属遮光膜３３が
形成されている。金属遮光膜３３は受光部１１の形成領
域において選択的にエッチング除去されており、光は、
このエッチング除去によって形成された開口を通じて受
光部１１内に入射される。金属遮光膜３３及び受光部１
１の全面には層間絶縁膜２７を介してカラーフィルタ
（Ｒ，Ｇ，Ｂの三原色フィルタやＹ，Ｍ，Ｃ，Ｇの補色
フィルタ）２８が形成されており、更にカラーフィルタ
２８の上にはマイクロレンズ２９が形成されている。

【００２２】上記のように、Ｎ型シリコン基板２１の表
面にＰ型ウェル領域２２を形成すると共に、このＰ型ウ
ェル領域２２内に受光部１１を構成するＮ型の蓄積領域
２４を形成することで、いわゆる電子シャッタ機能付き
のＣＣＤ固体撮像素子が構成される。シリコン基板２１
には、通常の駆動状態では低電圧電源３６の電圧が印加
され、シャッタパルスに同期して高電圧電源３７の電圧
が印加される。図４はシリコン基板２１の深さ方向にお
けるポテンシャル分布を示すが、シリコン基板２１に高
電圧電源３７の電圧が印加されると、Ｐ型ウェル領域２
２におけるポテンシャル障壁（オーバーフローバリア）
が下がり、受光部１１に蓄積された信号電荷（この場
合、電子）が上記ポテンシャル障壁を越えて縦方向、つ
まりシリコン基板２１側に掃き捨てられる。

【００２３】図５は、本実施の形態の固体撮像素子３の
垂直転送レジスタ１３における転送電極構造を示してい
る。転送電極３２は４つ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）の
電極で１組となっており、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４には
それぞれタイミング（位相）の異なる電圧が印加され、
水平ブランキング期間に、垂直転送レジスタ１３中の信
号電荷を水平転送レジスタ１４の方向へ転送する。ま
た、電極Ｖ１及びＶ３は、受光部１１に蓄積した信号電
荷を垂直転送レジスタ１３へ読み出すための読出しゲー
トの役割も担っている。

【００２４】なお、電極Ｖ１はＶ１Ａ及びＶ１Ｂの２つ
の電極からなり、電極Ｖ３はＶ３Ａ及びＶ３Ｂの２つの
電極からなっている。そして、後述するフレーム読出し
モード時には、Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ３Ａ及びＶ３Ｂの全
ての電極に読出し電圧が印加されて全ての受光部１１に
蓄積された信号電荷が読み出される一方、後述する高速
ドラフトモード時には、Ｖ１Ａ及びＶ３Ａの電極のみに
読出し電圧が印加され、一部の受光部１１に蓄積された
信号電荷が読み出される構造となっている。

【００２５】図６は、本実施の形態の撮像装置１として
のデジタルスチルカメラの動作と、これに適用される固
体撮像素子３の駆動タイミングとの関係を示すタイミン
グチャート例である。（ａ）は撮像装置１の動作モード
であり、高速ドラフトモードと、露光モードと、フレー
ム読み出しモードとからなる。（ｂ）は垂直同期信号Ｖ
Ｄを示す。（ｃ）〜（ｈ）は各電極に印加される垂直転
送パルスを示し、信号読出し時には読出しパルスが重畳
される。（ｉ）はシャッタパルスを示し、シャッタパル
スの印加時に電子シャッタが作動する。（ｊ）はシャッ
タトリガであり、撮像装置１の図示しないシャッタボタ
ンのＯＮ操作でトリガ信号ＴＲＧが入力される。（ｋ）
は撮像部４内に配置されるメカニカルシャッタ９（図
１）の動作を示し、Ｈレベルのときが開状態、Ｌレベル
のときが閉状態を示している。メカニカルシャッタ９が
開状態のときは、撮影光学系２を通過した被写体光束が
固体撮像素子３の受光部１１に入射し、メカニカルシャ
ッタ９が閉状態のときは上記被写体光束の受光部１１へ
の入射が遮断される。（ｌ）は基板バイアスコントロー
ル回路の駆動タイミングであるが、その詳細については
後述する。そして（ｍ）は固体撮像素子３の出力部１５
（図２）から出力される出力信号データを示している。

【００２６】「高速ドラフトモード」とは、撮像装置１
の液晶表示画面１０（図１）に、撮像した映像を１秒間
に約３０回（フレームレート＝３０frame/sec）表示さ
せるモードをいい、撮像したい映像を決定する際に使用
される。近年のデジタルスチルカメラ用途のＣＣＤ固体
撮像素子の総画素数は数１００万画素と非常に大きいた
め、液晶表示画面１０に全ての画素（受光部１１）の信
号を上記のフレームレートで表示することは不可能であ
る。そのため、この高速ドラフトモードでは、上記のフ
レームレートを達成できる程度に画素を間引いて信号電
荷を読み出すようにしている。

【００２７】必要な画素を選択するためには、電極Ｖ１
Ｂ及びＶ３Ｂに読出し電圧を印加せず、電極Ｖ１Ａ及び
Ｖ３Ａのみに読出し電圧を印加する。そうすることで、
Ｖ１Ａ及びＶ３Ａ電極に隣接する画素の信号電荷のみを
読み出すことが可能となる。図５に示した電極構造で言
えば、３ライン中の１ラインの信号電荷を読み出し、信
号量を１／３に縮小することで、上記フレームレートを
実現している。

【００２８】次に、「フレーム読み出しモード」とは、
撮像装置１で撮影した映像の情報を固体撮像素子３の全
画素から読み出すモードのことであり、フレームレート
としては数frame/sec 程度である。このモードでは、メ
カニカルシャッタ９を閉じて固体撮像素子３に入射する
光を遮断した後、最初に電極Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂのみに読
出し電圧を印加し、受光部１１に蓄積された信号電荷を
垂直転送レジスタ１３に読み出して、全画素のうち半数
の画素の信号を１ラインおきに取り出す。続いて、電極
Ｖ３Ａ及びＶ３Ｂのみに読出し電圧を印加して、残りの
半数の画素に蓄積された信号電荷を垂直転送レジスタ１
３に読み出して信号を取り出す。その後、２回に分けて
取り出した信号を重ね合わせることで、１つの映像を得
るようにしている。

【００２９】受光部１１における信号電荷の蓄積期間す
なわち露光期間は、電子シャッタを作動させない期間で
決定される。図６（ｉ）において矢印Ａ〜Ｄで表される
露光期間の調整は、露光直前に印加するシャッタパルス
の本数すなわち電子シャッタの作動回数を変更すること
で可能となる。例えば、露光期間Ｄを短くしたい場合は
電子シャッタの作動回数を増やし、露光期間を長くした
い場合は電子シャッタの作動回数を減らせばよい。

【００３０】なお、露光期間Ａ，Ｂ及びＣに蓄積された
信号電荷は出力信号Ａ，Ｂ及びＣ（図６（ｍ））として
順次出力され（高速ドラフトモード）、矢印Ｄの期間に
蓄積された信号電荷は、奇数（ＯＤＤ）フィールドと偶
数（ＥＶＥＮ）フィールドの２回に分けて出力信号Ｄと
して出力される（フレーム読み出しモード）。また、再
び高速ドラフトモードに移行した後の露光期間Ｅは、同
様に出力信号Ｅとして出力される。

【００３１】図６（ｌ）における基板バイアスコントロ
ール回路は、固体撮像素子３の外部に設けられ、シリコ
ン基板２１の電位を引き下げる作用を行う。本実施の形
態では、撮像装置１のシャッタボタン（図６（ｊ）のＴ
ＲＧに相当。）を押すと同時に、基板バイアスコントロ
ール回路に電圧が印加されてシリコン基板２１に印加す
る電圧が２〜３Ｖ程度低下される。その後、露光動作
（図６（ｉ）の矢印Ｄ）を行い、メカニカルシャッタ９
を閉じてフレーム読み出しモードが開始される。

【００３２】図７に基板バイアスコントロール時におけ
る受光部１１直下のポテンシャル分布を示す。基板バイ
アスコントロール時、基板電位が２〜３Ｖ低下されて実
線で示すポテンシャルとなり、破線で示す基板バイアス
コントロールがされない時に比べて飽和信号電荷量が増
大される。このように、基板バイアスコントロール回路
にて基板２１に印加する電圧を低下させるのは、以下の
理由による。

【００３３】一般に、大光量が入射し、ある画素のフォ
トセンサ領域が信号電荷で満たされた場合、入射光を遮
るとフォトセンサ領域に蓄積されていた電子数は時間と
共に減少し、ある量で安定化する。蓄積された電子数が
時間と共に減少するのは、ある値以上の運動エネルギを
もった電子がＰ型ウェル領域２２で形成されるポテンシ
ャルのバリアを飛び越えてシリコン基板２１側に抜けて
いくためである。その後、上記バリアを飛び越えられる
電子はなくなり、電子の数は一定となる。そこで、高い
運動エネルギをもった電子が抜けた後でも飽和信号電荷
量を保証できるように、露光動作を開始する前に基板に
印加する電圧を低下させ、見かけ上、電荷の蓄積量を高
めるようにしている。

【００３４】さて、上述したように受光部１１の露光期
間は、電子シャッタの作動回数（シャッタパルスの印加
回数）で決定される。電子シャッタは通常、垂直同期信
号ＶＤと同期して作動される。このとき、被写体が暗い
ことに起因して露光期間が所定以上に長くなると、その
分、電子シャッタを作動させるシャッタ期間が浸食され
て短くなり、電子シャッタの作動回数が低減される。電
子シャッタの作動回数が少なくなると、図２０に示した
ように撮像画面１０上に周期的な明暗の横筋が見られ、
画面不良につながる。この横筋の発生メカニズムは、以
下のとおりである。

【００３５】高速ドラフトモードが駆動される露光期間
Ｃの時、全画素に信号電荷が蓄積される。高速ドラフト
モード駆動中であるため、電極Ｖ１Ａ及びＶ３Ａのみに
読み出し電圧が印加され、一部のフォトセンサ領域（受
光部１１）から垂直転送レジスタ１３へ信号電荷が読み
出される。一方、電極Ｖ１Ｂ及びＶ３Ｂに隣接するフォ
トセンサ領域に蓄積されている電荷量は、高速ドラフト
モード時には読み出されない。その後、電子シャッタが
作動し、全てのフォトセンサ領域に蓄積された信号電荷
はシリコン基板２１側へ掃き捨てられる。このとき、電
極Ｖ１Ａ及びＶ３Ａに隣接するフォトセンサに蓄積され
ている電荷量は僅かであるが、電極Ｖ１Ｂ及びＶ３Ｂに
隣接するフォトセンサに蓄積されている電荷量は、直前
に読み出し動作が行われていないため大きくなる。

【００３６】シャッターマージンの高い固体撮像素子に
おいては、図８に示すように露光期間が長く電子シャッ
タの作動回数が少ない場合（極端な場合は１回）、電極
Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂに隣接するフォトセンサに蓄積されて
いる電荷は基板側に完全に引き抜けるのに対し、電極Ｖ
１Ｂ及びＶ３Ｂに隣接するフォトセンサに蓄積されてい
る電荷は完全に引き抜くことができず、一部の電荷がフ
ォトセンサに残る。

【００３７】このように、電極Ｖ１Ｂ及びＶ３Ｂに隣接
するフォトセンサに電荷の一部が残った状態で露光動作
を行うと、その後のフレーム読み出しモードの出力信号
に周期的な明暗のラインが発生する。つまり、電極Ｖ１
Ｂ及びＶ３Ｂに隣接するフォトセンサには電子シャッタ
で引き抜けなかった電荷の一部が信号電荷に加算される
ため、実際よりも信号量が多くなる。一方、電極Ｖ１Ａ
及びＶ３Ａに隣接するフォトセンサは電子シャッタによ
って電荷が完全に引き抜かれているため、信号電荷のみ
が蓄積されている。したがって、電極Ｖ１Ａ及びＶ３Ａ
に隣接するフォトセンサの信号は、上下の電極Ｖ１Ｂ及
びＶ３Ｂに隣接するフォトセンサの信号に対し少なくな
る。その結果、固体撮像素子全体に均一な光が入射した
場合、撮像画面上で周期的に暗いライン（横筋）が発生
してしまう。

【００３８】そこで、本発明では、露光期間が所定以上
の時（本実施の形態では電子シャッタの作動回数が４回
以下）、後述するように電子シャッタの作動回数（シャ
ッタパルスの印加回数と同義。以下、同じ。）を増設す
ることによって、シャッターマージンの大きな固体撮像
素子であっても確実なる電子シャッタ機能を確保するよ
うにしている。電子シャッタの駆動タイミングの調整
は、上述した構成の電子シャッタ制御部４によって行わ
れる。

【００３９】（第１の実施の形態）図９は、本発明に第
１の実施の形態による電子シャッタの動作タイミングを
示している。本実施の形態では、露光期間が所定以上の
時、撮像装置１のシャッタトリガＴＲＧを所定の入力信
号として、当該シャッタボタンを押した直後から露光期
間Ｄが開始されるまでの期間ＰＴ１にわたって、電子シ
ャッタを作動させ続けるようにしている。

【００４０】これにより、露光期間が所定以上に長い場
合でも、シャッタトリガＴＲＧが入力されてから露光動
作に入るまでの間、電子シャッタが作動し続けるため、
電極Ｖ１Ｂ及びＶ３Ｂに隣接するフォトセンサに蓄積さ
れた信号電荷を完全に掃き捨てることが可能となり、シ
ャッターマージンの大きい固体撮像素子であっても、不
要電荷による撮像画面上の横筋の発生を防止することが
できる。一方、電子シャッタの作動回数の増大によりシ
ャッターマージンの低減が図られ、もって、撮像装置１
全体の消費電力の低減が図られる。

【００４１】なお、図８に示した例では、電子シャッタ
を垂直同期信号に同期して作動させる例を示したが、こ
れに代えて、電子シャッタを水平同期信号に同期して作
動させるようにすれば、作動周期を短くしてより多くの
電子シャッタを作動させることが可能となる。

【００４２】（第２の実施の形態）図１０は、本発明の
第２の実施の形態による電子シャッタの動作タイミング
を示している。本実施の形態では、露光期間が所定以上
の時であって、シャッタトリガＴＲＧが入力された後の
露光期間Ｄの最初の所定期間ＰＴ２に、電子シャッタを
所定回数作動させるようにしている。

【００４３】これにより、露光期間が所定以上に長い場
合でも、露光期間Ｄの最初の所定期間ＰＴ２において電
子シャッタを作動させることができるため、電極Ｖ１Ｂ
及びＶ３Ｂに隣接するフォトセンサに蓄積された信号電
荷を完全に掃き捨てることが可能となり、不要電荷によ
る撮像画面上の横筋の発生を防止することができる。ま
た、本実施の形態によれば、露光期間Ｃで蓄積された出
力信号Ｃも使用することが可能となる。

【００４４】なお、上記所定期間ＰＴ２は、シャッター
マージンの大きさ等の固体撮像素子の特性に応じて適宜
変更可能であり、少なくとも、電子シャッタ機能の完全
が図れる回数の電子シャッタを作動させることができる
期間であればよい。また、所定期間ＰＴ２の設定によ
り、期間Ｄ’が実質的な露光期間とされる（後述する第
５、第８及び第９の実施の形態においても同様とす
る）。

【００４５】（第３の実施の形態）図１１は、本発明の
第３の実施の形態による電子シャッタの動作タイミング
を示している。本実施の形態では、露光期間が所定以上
の時であって、シャッタトリガＴＲＧが入力された後の
露光期間Ｄを調整するための電子シャッタの動作タイミ
ングを、水平同期信号に同期させて作動させるようにし
ている。

【００４６】これにより、露光期間が所定以上に長い場
合でも、電子シャッタの作動回数を多くすることができ
るため、電極Ｖ１Ｂ及びＶ３Ｂに隣接するフォトセンサ
に蓄積された信号電荷を完全に掃き捨てることが可能と
なり、不要電荷による撮像画面上の横筋の発生を防止す
ることができる。また、本実施の形態によれば、露光期
間Ｃで蓄積された出力信号Ｃも使用することが可能とな
る。

【００４７】（第４の実施の形態）図１２は、本発明の
第４の実施の形態による電子シャッタの動作タイミング
を示している。本実施の形態では、露光期間が所定以上
の時であって、シャッタトリガＴＲＧが入力された後の
電子シャッタの動作タイミングを、露光期間Ｄが開始さ
れる前の所定期間ＰＴ３に電子シャッタを所定回数作動
させるようにしている。つまり、露光期間Ｃが終了した
後、電子シャッタを所定期間ＰＴ３（０秒＜ＰＴ３＜１
／３０秒）作動させ、その後、露光期間Ｄの調整のため
の電子シャッタを作動させるような駆動タイミングとし
ている。

【００４８】これにより、露光期間が所定以上に長い場
合でも、電子シャッタを作動させる期間を十分に確保す
ることができるため、電極Ｖ１Ｂ及びＶ３Ｂに隣接する
フォトセンサに蓄積された信号電荷を完全に掃き捨てる
ことが可能となり、不要電荷による撮像画面上の横筋の
発生を防止することができる。また、本実施の形態によ
れば、露光期間Ｃで蓄積された出力信号Ｃも使用するこ
とが可能となると共に、露光時間Ｄを最大１／３０秒確
保することができる。

【００４９】（第５の実施の形態）図１３は、本発明の
第５の実施の形態による電子シャッタの動作タイミング
を示している。本実施の形態では、上述の第１の実施の
形態と第２の実施の形態とを組み合わせた例を示してい
る。すなわち、露光期間が所定以上の時であって、シャ
ッタトリガＴＲＧが入力された後の電子シャッタの動作
タイミングを、当該シャッタボタンを押した直後から所
定期間ＰＴ１にわたって、電子シャッタを作動させ続け
ると共に、露光期間Ｄの最初の所定期間ＰＴ２に電子シ
ャッタを所定回数作動させるようにしている。

【００５０】これにより、シャッタトリガＴＲＧが入力
されてから所定期間ＰＴ１にわたって電子シャッタが作
動し続けると共に、露光期間Ｄの最初の所定期間ＰＴ２
においても電子シャッタが作動するので、露光期間が所
定以上に長い場合でも、電極Ｖ１Ｂ及びＶ３Ｂに隣接す
るフォトセンサに蓄積された信号電荷を完全に掃き捨て
ることが可能となり、不要電荷による撮像画面上の横筋
の発生を防止することができる。

【００５１】（第６の実施の形態）図１４は、本発明の
第６の実施の形態による電子シャッタの動作タイミング
を示している。本実施の形態では、上述の第１の実施の
形態と第３の実施の形態とを組み合わせた例を示してい
る。すなわち、露光期間が所定以上の時であって、シャ
ッタトリガＴＲＧが入力された後の電子シャッタの動作
タイミングを、当該シャッタボタンを押した直後から所
定期間ＰＴ１にわたって電子シャッタを作動させ続ける
と共に、露光期間Ｄを調整するための電子シャッタの動
作タイミングを水平同期信号に同期させて作動させるよ
うにしている。

【００５２】これにより、シャッタトリガＴＲＧが入力
されてから所定期間ＰＴ１にわたって電子シャッタが作
動し続けると共に、電子シャッタの作動回数を多くする
ことができるため、露光期間が所定以上に長い場合で
も、電極Ｖ１Ｂ及びＶ３Ｂに隣接するフォトセンサに蓄
積された信号電荷を完全に掃き捨てることが可能とな
り、不要電荷による撮像画面上の横筋の発生を防止する
ことができる。

【００５３】（第７の実施の形態）図１５は、本発明の
第７の実施の形態による電子シャッタの動作タイミング
を示している。本実施の形態では、上述の第１の実施の
形態と第４の実施の形態とを組み合わせた例を示してい
る。すなわち、露光期間が所定以上の時であって、シャ
ッタトリガＴＲＧが入力された後の電子シャッタの動作
タイミングを、当該シャッタボタンを押した直後から所
定期間ＰＴ１にわたって電子シャッタを作動させ続ける
と共に、露光期間Ｄが開始される前の所定期間ＰＴ３に
電子シャッタを所定回数作動させるようにしている。

【００５４】これにより、シャッタトリガＴＲＧが入力
されてから所定期間ＰＴ１にわたって電子シャッタが作
動し続けると共に、電子シャッタを作動させる期間を十
分に確保することができるため、露光期間が所定以上に
長い場合でも、電極Ｖ１Ｂ及びＶ３Ｂに隣接するフォト
センサに蓄積された信号電荷を完全に掃き捨てることが
可能となり、不要電荷による撮像画面上の横筋の発生を
防止することができる。また、露光期間Ｄを最大１／３
０秒確保することができる。

【００５５】（第８の実施の形態）図１６は、本発明の
第８の実施の形態による電子シャッタの動作タイミング
を示している。本実施の形態では、上述の第２の実施の
形態と第３の実施の形態とを組み合わせた例を示してい
る。すなわち、露光期間が所定以上の時であって、シャ
ッタトリガＴＲＧが入力された後の露光期間Ｄを調整す
るための電子シャッタの動作タイミングを水平同期信号
に同期させて作動させると共に、露光期間Ｄの最初の所
定期間ＰＴ２に電子シャッタを所定回数作動させるよう
にしている。

【００５６】これにより、電子シャッタの作動回数を多
くすることができると共に、露光期間Ｄの最初の所定期
間ＰＴ２において電子シャッタを作動させることができ
るため、露光期間が所定以上に長い場合でも、電極Ｖ１
Ｂ及びＶ３Ｂに隣接するフォトセンサに蓄積された信号
電荷を完全に掃き捨てることが可能となり、不要電荷に
よる撮像画面上の横筋の発生を防止することができる。

【００５７】（第９の実施の形態）図１７は、本発明の
第９の実施の形態による電子シャッタの動作タイミング
を示している。本実施の形態では、上述の第２の実施の
形態と第４の実施の形態とを組み合わせた例を示してい
る。すなわち、露光期間が所定以上の時であって、シャ
ッタトリガＴＲＧが入力された後の電子シャッタの動作
タイミングを、露光期間Ｄが開始される前の所定期間Ｐ
Ｔ３に電子シャッタを所定回数作動させると共に、露光
期間Ｄの最初の所定期間ＰＴ２に電子シャッタを所定回
数作動させるようにしている。

【００５８】これにより、電子シャッタを作動させる期
間を十分に確保することができるので、露光期間が所定
以上に長い場合でも、電極Ｖ１Ｂ及びＶ３Ｂに隣接する
フォトセンサに蓄積された信号電荷を完全に掃き捨てる
ことが可能となり、不要電荷による撮像画面上の横筋の
発生を防止することができる。

【００５９】（第１０の実施の形態）図１８は、本発明
の第１０の実施の形態による電子シャッタの動作タイミ
ングを示している。本実施の形態では、上述の第３の実
施の形態と第４の実施の形態とを組み合わせた例を示し
ている。すなわち、露光期間が所定以上の時であって、
シャッタトリガＴＲＧが入力された後の電子シャッタの
動作タイミングを、露光期間Ｄが開始される前の所定期
間ＰＴ３に電子シャッタを所定回数作動させると共に、
このときの電子シャッタの動作タイミングを水平同期信
号に同期させて作動させるようにしている。

【００６０】これにより、電子シャッタを作動させる期
間を十分に確保しながら、電子シャッタの作動回数を多
くすることができるため、露光期間が所定以上に長い場
合でも、電極Ｖ１Ｂ及びＶ３Ｂに隣接するフォトセンサ
に蓄積された信号電荷を完全に掃き捨てることが可能と
なり、不要電荷による撮像画面上の横筋の発生を防止す
ることができる。

【００６１】以上、本発明の各実施の形態について説明
したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、
本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能であ
る。

【００６２】例えば、上述の第１０の実施の形態に第１
の実施の形態を組み合わせる等、第１〜第４の実施の形
態を３つ以上組み合わせて電子シャッタの動作タイミン
グを調整することも可能である。

【００６３】また、以上の実施の形態では、撮像装置１
としてデジタルスチルカメラを例に挙げて説明したが、
これに限らず、デジタルビデオカメラにも本発明は適用
可能である。この場合、電子シャッタ機能の不完全によ
るデジタルビデオカメラに特有な撮像不良として、スポ
ット状の明暗不良の発生が本発明により防止されること
になる。

【００６４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば以下
の効果を得ることができる。

【００６５】本発明の固体撮像素子の駆動方法によれ
ば、露光期間が所定以上に長い場合でも電子シャッタ機
能の完全を図ることができる。これにより、シャッター
マージンの大きい固体撮像素子であっても、不要電荷に
よる撮像画面上の横筋の発生を防止することができる。

【００６６】請求項２の発明によれば、露光期間が所定
以上に長い場合でも、所定の外部信号が入力された直後
から露光動作に入るまでの間、シャッタパルスを印加し
続けるため、電子シャッタ機能の完全を図ることができ
る。

【００６７】請求項３の発明によれば、露光期間が所定
以上に長い場合でも、露光期間の最初の所定期間におい
てシャッタパルスを印加することができるため、電子シ
ャッタ機能の完全を図ることができる。

【００６８】請求項４の発明によれば、露光期間が所定
以上に長い場合でも、シャッタパルスの印加回数を多く
することができるため、電子シャッタ機能の完全を図る
ことができる。

【００６９】請求項５の発明によれば、露光期間が所定
以上に長い場合でも、シャッタパルスを印加する期間を
十分に確保することができるため、電子シャッタ機能の
完全を図ることができる。

【００７０】また、本発明の撮像装置によれば、露光期
間が所定以上に長い場合でも電子シャッタ機能の完全を
図ることができ、不要電荷に起因する画面不良を防止す
ることができる。また、電子シャッタの作動回数の増加
により、撮像装置全体の消費電力の低減を図ることも可
能となる。

【００７１】請求項７の発明によれば、露光期間が所定
以上に長い場合でも、シャッタトリガが入力されてから
露光動作に入るまでの間、電子シャッタが作動し続ける
ため、電子シャッタ機能の完全を図ることができ、もっ
て、不要電荷に起因する画面不良を防止することができ
る。

【００７２】請求項８の発明によれば、露光期間が所定
以上に長い場合でも、露光期間の最初の所定期間におい
て電子シャッタを作動させることができるため、電子シ
ャッタ機能の完全を図ることができ、もって、不要電荷
に起因する画面不良を防止することができる。

【００７３】請求項９の発明によれば、露光期間が所定
以上に長い場合でも、電子シャッタの作動回数を多くす
ることができるため、電子シャッタ機能の完全を図るこ
とができ、もって、不要電荷に起因する画面不良を防止
することができる。

【００７４】請求項１０の発明によれば、露光期間が所
定以上に長い場合でも、電子シャッタを作動させる期間
を十分に確保することができるため、電子シャッタ機能
の完全を図ることができ、もって、不要電荷に起因する
画面不良を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による撮像装置の構成を示
す説明図である。

【図２】本発明の実施の形態における固体撮像素子の構
成を説明する平面図である。

【図３】本発明の実施の形態における固体撮像素子の画
素周辺の構成を示す断面図である。

【図４】本発明の実施の形態における固体撮像素子の受
光部の深さ方向のポテンシャル分布図である。

【図５】本発明の実施の形態における固体撮像素子の垂
直転送レジスタの電極構成図である。

【図６】本発明の実施の形態による撮像装置の動作を説
明する主要なクロックパルスのタイミングチャートであ
る。

【図７】本発明の実施の形態による撮像装置の一作用を
説明する受光部の深さ方向のポテンシャル分布図であ
る。

【図８】図６の一部を示す拡大図であり、露光期間が所
定以上に長い場合の電子シャッタの動作タイミングを示
す図である。

【図９】本発明の第１の実施の形態による電子シャッタ
の動作タイミングを示す図である。

【図１０】本発明の第２の実施の形態による電子シャッ
タの動作タイミングを示す図である。

【図１１】本発明の第３の実施の形態による電子シャッ
タの動作タイミングを示す図である。

【図１２】本発明の第４の実施の形態による電子シャッ
タの動作タイミングを示す図である。

【図１３】本発明の第５の実施の形態による電子シャッ
タの動作タイミングを示す図である。

【図１４】本発明の第６の実施の形態による電子シャッ
タの動作タイミングを示す図である。

【図１５】本発明の第７の実施の形態による電子シャッ
タの動作タイミングを示す図である。

【図１６】本発明の第８の実施の形態による電子シャッ
タの動作タイミングを示す図である。

【図１７】本発明の第９の実施の形態による電子シャッ
タの動作タイミングを示す図である。

【図１８】本発明の第１０の実施の形態による電子シャ
ッタの動作タイミングを示す図である。

【図１９】電子シャッタ機能と露光期間の関係の一例を
示すタイミング図である。

【図２０】従来技術の問題点を説明する図である。

【符号の説明】

１…撮像装置、２…撮影光学系、３…固体撮像素子、４
…撮像部（撮像手段）、５…電子シャッタ制御部（電子
シャッタ制御手段）、１１…受光部、１２…読出しゲー
ト、１３…垂直転送レジスタ、１４…水平転送レジス
タ、１５…出力部、２１…シリコン基板（第１導電型の
半導体基板）、２２…Ｐ型ウェル領域（第２導電型の領
域）、２４…電荷蓄積領域、３１…転送領域、３２，Ｖ
１〜Ｖ４…（垂直）転送電極。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA02 AA10 BA13 CA03 CA19 FA06 FA13 FA26 FA33 5C022 AA13 AB17 AC42 5C024 CX54 GY01 GZ01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１導電型の半導体基板に形成された第
   ２導電型の領域に、フォトセンサからなる電荷蓄積領域
   と、前記電荷蓄積領域にて蓄積された信号電荷を転送す
   る転送領域とが設けられた固体撮像素子に対し、シャッ
   タパルスを印加することにより、前記電荷蓄積領域に蓄
   積された信号電荷を前記半導体基板側に掃き捨てて露光
   期間の制御を行う固体撮像素子の駆動方法において、 前記露光期間が所定以上の時、前記シャッタパルスの印
   加回数を増加させることを特徴とする固体撮像素子の駆
   動方法。
2. 【請求項２】 前記露光期間が所定以上の時、所定の外
   部信号が入力された直後から前記露光期間が開始される
   までの間にわたって、前記シャッタパルスを印加し続け
   ることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の駆
   動方法。
3. 【請求項３】 前記露光期間が所定以上の時、前記露光
   期間の最初の所定期間を前記シャッタパルスを所定回数
   印加する期間とすることを特徴とする請求項１に記載の
   固体撮像素子の駆動方法。
4. 【請求項４】 前記露光期間が所定以上の時、前記シャ
   ッタパルスを水平同期信号に同期させて印加することを
   特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方法。
5. 【請求項５】 前記露光期間が所定以上の時、前記露光
   期間が開始される前の所定期間を前記シャッタパルスを
   所定回数印加する期間とすることを特徴とする請求項１
   に記載の固体撮像素子の駆動方法。
6. 【請求項６】 撮影光学系を通過した被写体光束による
   被写体像を、電子シャッタを有する固体撮像素子で撮像
   する撮像手段を備えた撮像装置において、前記撮像手段
   の露光期間が所定以上の時、前記電子シャッタの回数を
   増設する電子シャッタ制御手段を有することを特徴とす
   る撮像装置。
7. 【請求項７】 前記電子シャッタ制御手段が、シャッタ
   トリガが入力された直後から前記露光期間が開始される
   までの間にわたって、前記電子シャッタを作動させ続け
   ることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 【請求項８】 前記電子シャッタ制御手段が、前記露光
   期間の最初の所定期間に前記電子シャッタを所定回数作
   動させることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
9. 【請求項９】 前記電子シャッタ制御手段が、前記電子
   シャッタを水平同期信号に同期させて作動させることを
   特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
10. 【請求項１０】 前記電子シャッタ制御手段が、前記露
    光期間が開始される前の所定期間に前記電子シャッタを
    所定回数作動させることを特徴とする請求項６に記載の
    撮像装置。